basics digitale wege

ESSENTIALS

Digitale Audioformate

Der 8-kanalige Wandler Apogee Rosetta

beherrscht neben AES/EBU auch ADAT im

S/MUX-Modus. Damit lässt sich bei ent-

sprechender Reduzierung der acht ADAT-

Kanäle auf vier bzw. zwei die Sampling-Rate

verdoppeln bzw. vervierfachen.

Zunächst lest ihr hier einige Grundlagen

und Fachbegriffe für digitale Signale.

Diese

teilen sich auf in einerseits Parameter auf

Software-Seite, die vom Anwender nicht ver-

ändert werden können. Auf der Hardware-

Bits können im Empfänger nicht mehr sau-

ber erkannt und voneinander getrennt wer-

den. Wichtig ist beim Kabel vor allem der

„Wellenwiderstand“.

Wortbreite:

(auch Bittiefe

Nicht alle Formate nutzen die zur

Verfügung stehende Bandbreite.

Seite andererseits gibt es Parameter, die man

durch andere Stecker und Kabel verändern

kann. Aber der Reihe nach.

Software-Parameter

Datendurchsatz/Bandbreite:

Der gesamte

Selbes Übertragungsprotokoll,

unterschiedliches Kabelformat: S/PDIF-Kabel

in koaxialer Ausführung (oben) und als

Lichtleiter mit Toslink-Steckern (unten). Das

koaxiale Kabel sollte für saubere, also reflexi-

onsfreie Übertragung einen Wellenwiderstand

von 75 Ohm haben.

Datendurchsatz einer digitalen Schnittstelle ist

von der Bandbreite der Übertragungsstrecke

abhängig. Beträgt der Datendurchsatz bei-

spielsweise 3072000 Bit/s so können mit 48

kHz, 64 Bit pro Sample übertragen werden.

Diese teilen sich beispielsweise auf in 2·24

Bit + 2·8 Bit Status-Bits und Startworte. Bei

S/PDIF werden nämlich 32 Bit/Sample (24

Bit Audio + 8 Bit Status/Start) übertragen.

Um eine bestimmte Bandbreite übertragen

zu können ist ein entsprechend geeignetes

Kabel notwendig. Ist das Kabel zu schlecht,

dann verringert sich die Bandbreite und die

genannt) Sie gibt an, wie

viele Bit pro Sample übertra-

gen werden. Bei den meis-

ten Digitalschnittstellen ist

die Wortbreite festgelegt, jedoch werden nicht

immer alle Bits verwendet. So stellt zum Beispiel

das S/PDIF-Format seit jeher 24 Bit Wortbreite

zur Verfügung. CD-Player benutzen aber nur

16 Bit und übertragen dann noch 8 Bit mit

Nullen. Bei bestimmten Digitalschnittstellen

ist der gesamte Datendurchsatz in Bit pro

Sekunde relevant. Das bedeutet, dass höhere

Wortbreiten mit einer geringeren Anzahl an

Übertragungskanälen einhergehen.

Kanal-Codierung/Übertragungsrahmen:

Die

Digitales Plug and Play

Welche Digitalsignale können durch einen einfachen

Kabeladapter miteinander verbunden werden?

Es gibt nur ein Formatpärchen, das über einfache

Adapter zusammengeführt werden kann. Dies ist

S/PDIF und AES3. Beide Signale haben grundsätz-

lich die gleiche Signalübertragung – lediglich die

Userbits unterscheiden sich voneinander. Letztere

beinhalten Informationen wie Kopierschutz,

Samplingrate, Emphasis, Landeskennung und

mehr. Viele neuere Soundkarteneingänge igno-

rieren die Userbits oder können sie tatsächlich

für beide Formate erkennen und auswerten. In

beiden Fällen ist es dann nur noch die Hardware,

die sich zwischen den Formaten unterscheidet.

Mit einem einfachen Cinch/XLR Adapter (der

übrigens in beide Richtungen funktioniert) lassen

sich dann die beiden Formate erfolgreich adap-

tieren:

XLR:

Pin1

Pin2

Pin3

Kanal-Codierung codiert das Signal von den bi-

nären Nullen und Einsen in ein übertragbares

Format um. Fast jede Digitalschnittstelle ver-

wendet ein eigenes Kanalcodierungsverfah-

ren. Auch der Übertragungsrahmen – also

die Reihenfolge der Übertragung der Bits ist

nicht einheitlich. Aufgrund dieser Parameter

kann fast keine Digitalschnittstelle „einfach

so“ formatübergreifend funktionieren.

Taktübertragung:

Die meisten Digitalformate

übertragen mit den Audiodaten auch einen

Takt. Dieser wird in Form der so genannten

Kanal-Codierung ins Signal integriert. Beim

Takt handelt es sich meist um eine Bitclock,

aus der im Empfänger wieder die Wordclock

(=Samplerate) generiert werden kann.

Hardware-Parameter:

Cinch:

über 22nF-Kondensator auf Masse

auf Signal

auf Masse

Steckerformat:

Jede digitale Schnittstelle hat

Dass die Spannung bei beide Formate nicht die glei-

che ist, kann in der Praxis unberücksichtigt bleiben.

einen bestimmten Stecker für den sie kons-

truiert wurde. Diese Stecker sollten korrekt

benannt werden, um keine Verwirrung zu stif-

ten. Leider verwenden viele Hersteller wohl-

klingende Phantasienamen, die nicht wirklich

informieren. In diesem Artikel werden die Origi

nalsteckerbezeichnungen verwendet.

recording magazin 5/09

In diesem Rack

sammelt sich der

digitale Signalfluss

des Studios. Ganz

oben die Masterclock,

darunter die AD/DA-

Wandlereinheiten.

Ganz unten befindet

sich die XLR-Patchbay

für AES/EBU.

Dazwischen liegt

die einzige analoge

Komponente: das

BNC-Steckfeld für

Videosignale.

recmag

wissen

Quick

& Dirty

Der Jitter ist eine leichte Schwankung

im Sampling-Takt, der zu einer

schlechteren Signalabbildung führt.

Jitter bekommt man, wenn Signale

ungenau getaktet werden, was zum

Beispiel durch qualitativ niederwertige

Kabel hervorgerufen werden kann.

So wird beispielsweise eine S/PDIF-

Übertragung über ein normales Cinch-

Kabel durchaus bis etwa 2 m Länge

funktionieren. Der im S/PDIF-Signal

enthaltene Takt kann jedoch aufgrund

des schlechten Kabels nicht mehr gut

erkannt werden und führt zu Jitter.

Jitter ist nicht sehr stark hörbar, ruft

aber dennoch klangliche Unterschiede

(schlechtere Abbildungsschärfe und

Tiefenstaffelung) zwischen verschie-

denen Digitalkabeln hervor.

Übertragungsmedium:

Als Übertragungs-

medium dient entweder ein Kabel oder

ein Lichtleiter. Bei Kabeln ist der richtige

Wellenwiderstand enorm wichtig, wenn

es darum geht, die spezifizierte maximale

Übertragungslänge auch tatsächlich zu er-

reichen. Ebenfalls muss beachtet werden,

ob unsymmetrische oder symmetrische

(Twisted-Pair) Kabel gefordert werden. Auch

Flachbandkabel können als Twisted-Pair

Leitung aufgebaut sein. Man erkennt dies

daran, dass ab und zu im Kabel paarweise

die Leitungen vertauscht werden. Der Begriff

„koaxial“ beschreibt lediglich den physika-

ESSENTIALS

Digitale Audioformate

Um digitale Formate ineinander umzuwandeln,

reicht fast nie ein Adapter aus. Man braucht ei-

nen Formatkonverter wie etwa den Mutec MC-4.

lischen Aufbau des Kabels, nicht jedoch des-

sen Eignung für ein bestimmtes Digitalformat.

Unsymmetrische Kabel mit einem definier-

ten Wellenwiderstand sind eigentlich immer

koaxial aufgebaut. Wichtig ist jedoch nur der

korrekte Wellenwiderstand. Lichtleiter sind

bei direkten Geräteverbindungen immer

Kunststofflichtleiter. Diese weisen schon

bedingt durch ihr Bauprinzip eine galva-

nisch getrennte Signalübertragung auf. Das

Licht wird nur durch ein transparentes Kunst-

stoffmedium geschickt.

Wichtige

Digitalformate

Technische Details im Überblick:

Die meisten Digitalformate übertragen

mit den Audiodaten einen Takt.

Glasfaserleitungen sind erst bei Übertra-

gungen über größere Strecken

und/oder mit

hoher Bandbreite erforderlich und daher im

Studio kaum relevant (Ausnahme MADI).

Wellenwiderstand:

Der korrekte Wellen-

Der Monitoring-Mischer

M-48 arbeitet mit dem

vom Hersteller RSS selbst

entwickelten, digitalen

Protokoll REAC. Es über-

trägt bis zu 40 Kanäle in 24 Bit sowie

Steuerdaten und Stromversorgung über ein

einzelnes Kabel im CAT5e-Format.

widerstand eines Kabels ist wichtig, um reflexi-

onsfreie Signalübertragung zu gewährleisten.

Die Übertragung erfolgt dann reflexionsfrei,

wenn Ausgangsimpedanz, Wellenwiderstand

und Eingangsimpedanz der Signalstrecke iden-

tisch sind. So hat beispielsweise die S/PDIF-

Schnittstelle eine Aus- und Eingangsimpedanz

von 75 Ohm. Für eine reflexionsfreie Signal-

übertragung ist daher auch ein Kabel mit 75

Ohm Wellenwiderstand erforderlich.

Ein- und Ausgangsim-

pedanz:

Damit wird der

AES3:

Professionelles Stereodigital-

format (auch bekannt unter dem

Namen AES/EBU). Es ist die professi-

onelle Variante von S/PDIF und daher

größtenteils identisch mit S/PDIF.

Anzahl der Kanäle:

2 (Bei Dolby E sind

auch datenreduzierte 8 Kanäle möglich)

Samplingrate: (je nach Schnittstellenem-

pfänger)

25 kHz – 200 kHz

Wortbreite:

16-24 Bit

Kopierschutz:

Nein

Taktübertragung

Steckerformat

XLR

Galvanische Trennung:

Ja, Übertrager

am Ein- und Ausgang. Hinweis: Für eine

vollständige galvanische Trennung muss

in die Masse des XLR-Steckers ein 22

nF Kondensator eingelötet werden. Die

Masse ist also nicht direkt durchver-

bunden!

Ausgangsspannun

5 V

Impedanz:

110 Ohm

Mögliche Leitungslänge:

>100m

S/PDIF:

Das Sony/Philips Digital

Interface stellt die Standardverbindung

nung die Abschirmung auf einer Seite des

Kabels aufzutrennen.

Signalspannung:

Der Wert der Signalspan

Digitale Signalübertragung …

… was ist das eigentlich?

Die Übertragung digitaler Signale erfolgt im Normalfall auf analogem

Weg. Dies liegt daran, dass ein Kabel gar keine Digitalinformationen

(=Zahlen) übertragen kann. Übertragen werden vielmehr die einzel-

nen Bits einer digitalen Zahleninformation. Entweder geschieht dies

ganz einfach durch 0 = 0 Volt und 1 = 5 Volt oder durch 0 = tiefe

Frequenz 1 = hohe Frequenz. Da sich die Nullen und Einsen des

zu übertragenden Digitalsignals sehr schnell hintereinander verän-

dern, müssen auch entsprechend hohe Frequenzen in dem Kabel

übertragen werden. Dies ist auch der Grund, warum speziell an die

Übertragung angepasste Kabel (siehe Wellenwiderstand) erforder-

lich sind, wenn längere Übertragungsstrecken erfolgreich aufgebaut

werden sollen. Bis auf das Kabel gelten für die Übertragung von

Digitalsignalen die gleichen Regeln wie auch für die Übertragung

von Analogsignalen. Auch Adapter oder Patchbay-Punkte können

entsprechend hergestellt werden.

elek trische Widerstand

des Ein- oder des Aus-

gangs angegeben. Die

Eingangs- und die Aus-

gangsimpedanz sollten

bei Digitalschnitt stellen

immer gleich groß sein.

Galvanische Trennung:

Viele Digitalschnittstellen

sind galvanisch getrennt.

Sie stellen also keine elek-

trische Verbindung zwi-

schen den Geräten her.

Dadurch werden auch

Brummschleifen vermie-

den. Oft ist es jedoch er-

forderlich, für eine voll-

ständige galvanische Tren-

nung bei Digitalübertragungen wird norma-

lerweise in Volt-Spitze-Spitze (V

) angege-

ben, da es sich um rechteckige Signale han-

delt. Die Geräteeingänge sind in der Regel

sehr tolerant gegenüber deutlich schwä-

cheren Signalspannungen. So kann auch ein

S/PDIF-Ausgang mit 0,75 V

normaler weise

problemlos von einem AES3-Eingang ver-

standen werden (AES3: 5 V

Der Autor

Andreas

Friesecke

Audio Engineer und Fachbuchautor.

Als Dozent unterrichtet er an der

SAE München u. a. Pegelrechnen,

Filmton und Lautsprechertechnik.

recording magazin 5/09

Fotos: Wilschewski, Hersteller

im Consumerbereich dar: CD- und

DVD-Player, digitale SAT-Receiver und

HiFi-Anlagen kommunizieren digital

über dieses Format.

Anzahl der Kanäle:

2 (Bei Dolby

Digital und dts sind auch datenredu-

zierte 5.1 Kanäle möglich)

Samplingrate:

25 kHz – 200 kHz (je

nach Schnittstellenempfänger)

Wortbreite:

16 oder 24 Bit. Theoretisch

könnten auch Wortbreiten zwischen

16 und 24 Bit übertragen werden, al-

lerdings sieht dies die Kennzeichnung

im digitalen Datenstrom nicht vor.

Kopierschutz

Ja, Serial Copy

Management System SCMS

Taktübertragung:

Steckerformat:

Cinch (elektrisch) oder

Toslink (optisch)

Galvanische Trennung:

Ja, Übertrager

am Ausgang.

Hinweis:

Nicht alle

Hersteller nehmen es mit der galva-

nischen Trennung ernst, da diese im

HiFi-Bereich oft vernachlässigbar ist.

Eine sichere galvanische Trennung

ist jedoch über die optische Toslink-

Verbindung gegeben.

Ausgangsspannung:

0,75 V

Impedanz:

75 Ohm

Mögliche Leitungslänge:

10 m

Fibre-SC (optisch)

Kanäle übertragen werden. Neuere

ADAT Optical:

Hierbei handelt

Galvanische Trennung:

Nein, nur über

Geräte können teilweise auch ohne

es sich um ein Format der Firma

optische Verbindung

Einschränkung der Kanalanzahl 96

Alesis. Genauere Informationen

Ausgangsspannung:

5 V

kHz übertragen.

zum Format werden entweder gar

Wortbreite:

24 Bit

Impedanz:

75 Ohm

nicht oder nur unter Einhaltung der

Nein

Mögliche Leitungslänge:

bis 50 m

Geheimhaltungsklausel an Lizenzneh-

Kopierschutz:

Taktübertragung:

Ja elektrisch 2000 m optisch

mer herausgegeben.

Sub-D 25polig. Ein

Anzahl der Kanäle:

Steckerformat:

Stecker überträgt immer gleichzeitig 8

SDIF:

Das Sony Digital Interface gibt

Samplingrate:

44,1 kHz / 48 kHz.

Höhere Samplingrates können hierbei Kanäle in die eine und 8 Kanäle in die es in 3 Versionen (SDIF-1 bis SDIF-3).

Es ist im professionellen Bereich anzu-

über mehrere Kanäle übertragen wer- andere Richtung.

Galvanische Trennung:

Nein treffen. Interessant ist speziell SDIF-3,

den. Zum Beispiel kann ein 96 kHz /

5 V

welches für die SACD verwendet

24 Bit Signal über zwei 48 kHz Kanäle

Ausgangsspannung:

wird und DSD-Signale (Direct Stream

übertragen werden.

Digital) mit einem Bit und 2,8224MHz

Wortbreite:

24 Bit

MADI:

Das Multichannel Audio

Kopierschutz

Nein Digital Interface ist ein professionelles bzw. 5,6448MHz Samplingrate über-

Taktübertragung:

Ja Mehrkanaldigitalformat. Aufgrund der tragen kann.

Anzahl der Kanäle:

Steckerformat:

Toslink hohen möglichen Kanalanzahl wird

Samplingrate:

je nach Version 25 kHz

Galvanische Trennung:

Ja es im Homerecordingbereich kaum

– 6 MHz

Mögliche Leitungslänge

10 m benötigt.

Anzahl der Kanäle:

Ursprünglich bis

Wortbreite:

24 Bit bei SDIF 1 und

56. Neuere Versionen können bis zu

SDIF-2.

TDIF:

Auch beim Tascam Digital

64.

1 Bit DSD bei SDIF-3.

Interface handelt es sich um

Samplingrate:

30 kHz – 50 kHz

Kopierschutz:

Nein

ein Format, zu dem nur wenige

Taktübertragung:

(Varispeed). Neuere Versionen unter-

Informationen an die Öffentlichkeit

Steckerformat:

Sub-D 9-polig bei

stützen auch 96kHz ohne Varispeed

dringen dürfen.

SDIF-1, mehrere BNC bei SDIF-2 und

Anzahl der Kanäle:

8 bei halbierter Kanalanzahl.

Wortbreite:

Bis 24 Bit SDIF-3

Samplingrate:

44,1 kHz/48 kHz.

Nein

Galvanische Trennung:

Nein

Höhere Samplingrates können hierbei

Kopierschutz:

Taktübertragung:

Nein, zusätzliche

Ausgangsspannung:

0,75 V

über mehrere Kanäle übertragen

Impedanz:

75 Ohm

Wordclock erforderlich.

werden. Zum Beispiel kann ein 96

Steckerformat:

BNC (elektrisch) oder

Mögliche Leitungslänge:

10 m

kHz/24 Bit Signal über zwei 48 kHz